某600 MW機組汽輪機異常振動的分析及處理

陳嘯，徐威，劉利，陳鑫

(中電華創電力技術研究有限公司，上海 200086)

1 機組概況

某廠#2機組采用引進型超臨界600 MW一次中間再熱、單軸、四缸四排汽反動式汽輪機及三相同步汽輪發電機。汽輪機機組采用模塊化設計，包括1個桶形單流高壓缸、1個雙向分流中壓缸和2個雙向分流低壓缸。汽輪機的4根轉子均為焊接結構，轉子間通過剛性連接。整個汽輪發電機組的5個轉子配有6個支承軸承(其中#2軸承為推力支承組合軸承)。#1～#6軸承全部為落地支撐形式，汽機部分軸系支撐如圖1所示。

圖1 軸系支撐

Fig.1 Shaft support

該機組投運后振動情況一直良好。2017年8月，機組出現振動異常情況，#2軸承軸振突然緩慢增加，0.5 h內達到峰值，之后緩慢下降，繼而回到初始振動值。該振動異常情況發生無規律，一周內出現多次，與負荷等無明顯關系。經分析振動數據，#2軸承間歇性振動，其原因為油擋積垢碳化，與軸發生間歇性碰磨，通過清理油擋處污垢及積碳，解決了此問題，對其他發電企業具有良好的經驗借鑒作用[1-5]。

2 振動概況

通過對該機組進行振動監測，成功捕捉到振動異?，F象，得到了詳細的振動數據。具體振動數據見表1，振動趨勢如圖2、圖3所示。

從振動趨勢圖可以看出，17：22左右，該機組#2軸承振動開始出現波動，17：47振動幅值變化達到最高點，后又緩慢下降，18：20左右恢復正常，持續約1 h。在振動幅值變化過程中，振動相位也隨之發生變化。該機組其他軸承振動無異常。

3 振動原因初步分析

從振動特征看，轉子振動發生異常波動時振動頻譜分析以1倍頻分量為主，2倍頻和0.5倍頻的分量很小，可以排除汽流激振和軸承失穩等故障。#2軸承振動增大后，經過一段時間又恢復到正常水平，有明顯的波峰，但無周期性變化，數據表現為無規律性和非線性。對歷史數據進行分析后未發現與機組運行參數的對應關系，振幅波動期間機組的負荷、絕對膨脹及脹差、汽缸溫度等重要參數無明顯變化。

表1 #2軸承軸振數據Tab.1 No.2 bearing vibration data

圖2 #2軸承X方向振動趨勢

Fig.2 No.2 bearing vibration trend onXdirection

圖3 #2軸承Y方向振動趨勢

Fig.3 No.2 bearing vibration trend onYdirection

根據上述特征分析判斷該機組高壓部分可能存在輕微的動靜摩擦，這種摩擦較輕，可能是軟性材料引起的或者動、靜碰磨部分有退讓性，較容易發生在汽封、油擋等處，因此振動幅值上升較緩慢，有時會自行回落，沒有導致振動持續和進一步擴大。

該振動從頻譜分析看是由于動、靜輕微摩擦引起的，且發生在高壓缸后#2軸承位置，考慮此處位>置溫度較高，易發生油擋內積垢碳化，推測摩擦原因可能是油擋積碳。

4 油擋積垢碳化摩擦振動機理

為防止潤滑油泄漏，汽輪機軸承箱處油擋通常采用多級密封齒結構，密封齒材料一般選用比較軟的銅，確保一旦與轉子發生碰磨，密封齒可迅速磨損，而不使轉子局部磨損，其結構如圖4所示。

圖4 油擋密封示意

Fig.4 Sealing of oil baffle

為保證軸承箱內的潤滑油不泄漏，機組正常運行時，軸承箱內部為微負壓狀態?？諝鈺ㄟ^油擋間隙進入軸承箱，而空氣中的粉塵等雜質也會通過氣流進入油擋間隙。鑒于油擋的多級密封齒結構，油擋與轉子之間間隙較小，銅齒與銅齒之間有較大的空隙，在銅齒之間容易形成氣流緩沖區，空氣在此處會形成渦流，其中夾帶的灰塵等雜質將會在此聚集。同時，軸承箱內的油煙也會進入銅齒間隙中，油煙與空氣中的灰塵等雜質混合，形成油垢堆積在油擋的銅齒間。銅齒間的油垢堆積到一定程度后，會與轉子接觸，隨著時間的推移，這些污垢會逐漸填補密封齒之間的間隙。

由于結構的原因，軸承箱油擋一般離軸封較近，油擋處的溫度基本與軸封溫度相當。在高壓缸和中壓缸附近，軸封溫度較高，油擋銅齒之間的油垢在高溫下會變硬固化，在轉子的摩擦和擠壓下溫度升高，固化過程加劇，甚至發生碳化，從而形成硬質的碳化物與轉子摩擦造成振動。

油垢和轉子摩擦是非金屬和金屬摩擦，因此摩擦強度相對較小，且碳化物填充了油擋齒之間的間隙，接觸面積遠大于密封齒，因此磨損時間較長。

5 振動異常的處理

為了確認是否為油擋積碳導致的振動異?，F象，利用機組停機機會檢查油擋。經檢查，#2軸承處油擋內部充滿黑色污垢并已經碳化(如圖5所示)，驗證振動異常是因為油擋積碳導致的動、靜碰磨所造成的。

圖5 油擋處污垢及積碳

Fig.5 Fouling and carbon depositson oil baffle

利用機組檢修機會，清理了油擋處的污垢及積碳，有效解決了#2軸承間歇性振動異常的難題。處理之后，機組正常運行過程中，再未出現突發性振動異常現象。

同時，調整主油箱壓力，適當降低潤滑油箱內的負壓，減少油擋處吸入灰塵等造成油污積存的可能，定期檢查、清理油擋處污垢，可以有效預防油擋積碳的產生。

6 結束語

通過分析可知，該廠#2機組運行過程中#2軸承軸振的間歇性振動異?，F象，是由油擋積碳所致的動靜碰磨引起的。通過清理油擋處污垢及積碳，有效地解決了此故障。

本文案例的處理和分析方法對機組運行過程中異常振動的診斷有一定的參考作用。